汽车悬架是汽车系统中用于将非悬挂构件和悬挂构件联系成为一个整体的总成部件。作为现代汽车的重要连接结构系统，其在汽车的正常运行中至关重要。其重要作用是将车轴与车架有弹性地连接起来，传递由于路面不平整而给车架造成的冲击载荷，减少车辆运行过程中的冲击、振动和噪声，保证汽车正常运行。因而，汽车悬架的高品质才能保证汽车的稳定性和动力性能的良好发挥。

板簧一直是汽车悬架系统中最为关键的承力构件，在汽车正常行驶的过程中，板簧通常需要承受铅垂平面内较大的弯曲变形；在汽车转弯的过程中，他又要承受水平面内的剪应力和力矩；在汽车制动的过程中，它又需要承受纵向平面内的收紧力矩。因而，板簧的受力情况较为复杂，处于多种载荷的反复加载和卸载中。

传统的板簧一直是选用耐疲劳性能极好的弹簧钢来制造，钢板弹簧在实际应用中各项力学性能与等强度梁十分相似，目前钢板弹簧一般由合金弹簧片、卡箍以及螺栓等组成，常见的有少片变截面式、多片等截面式、主副簧复合式以及渐变刚度式。

钢板弹簧的性能通常关系到汽车悬架与传动系统地连接是否平稳可靠，在设计制造过程中需格外注意，通常着重关注提高板簧使用寿命、设计板簧的结构形式等方面的问题，进而改良汽车运行状况，降低汽车磨损，延长整车的使用寿命。

众所周知，汽车在运行过程中单位时间内所消耗的燃料数量与汽车的总质量呈正比。相关的研究表明，当整车质量减少一半时，汽车在运行过程中的燃料消耗量也将减少一半，这样不仅降低了能耗，也减少了各种汽车尾气的排放，从而达到节能减排的目的，这正是汽车轻量化的意义所在。汽车钢板弹簧的质量通常占整车总质量的5%~7%，随着汽车平顺性和节能环保要求的日益提高，要求汽车钢板弹簧轻量化，且在空载载荷与满载载荷下的频率大致相同，所以钢板弹簧的结构形式有向变截面、变刚度方向发展的趋势。汽车轻量化设计的原则包括材料选择和结构设计两部分。首先是板簧材料 的选择，虽然目前所使用的板簧绝大多数依然用耐疲劳弹簧钢制作，但随着材料研究的逐渐深入，其他材料用于板簧制作的研究也正在进行中，尤其是复合材料板簧的研究也逐渐走向成熟。其次，在结构形式上，复合材料及其制品的结构设计也越来越多样。

作为传统材料的替代品，复合材料的特性能够更好地适用于汽车工业发展的需要。首先，复合材料具有轻质且比强度高的特点，同等强度的材料需求上，复合材料的适用质量要远远小于传统材料，从而达到减重的目的，完全符合汽车轻量化的要求。其次，复合材料具有优异的可设计性，与传统材料不同，复合材料可以根据汽车结构的需要设计出满足空气动力学设计要求的零部件，同时复合材料实现了零部件一体化生产，提高了生产效率，缩短了生产周期。最后，常用的复合材料多为树脂基复合材料，它们具有优异的耐腐蚀性和耐候性，即使是对于化学药品的腐蚀也有很好的耐受性，可以满足汽车零部件的耐腐蚀要求。此外，复合材料属于多相材料，通常认为由基体材料相、增强材料相和界面相组成，各相之间的性能也各不相同，尤其是界面相由于其独特的性质可以起到缓冲的作用，复合材料的破坏往往是逐渐发生的，具有良好的安全性。综上所述，复合材料的使用是较快汽车轻量化进程的不二选择。

自上世纪八十年代起，国内就有研究人员开始进行复合材料板簧的研究。1996年，郭红等设计制作了一种新型结构形式的汽车板弹簧即玻璃/环氧单片夹层板弹簧，并利用有限元分析方法对该结构内部的应力场和位移场进行了研究，电测法验证的计算结果表明,该结构设计具有优越性，并将该板簧安装Fehu牌载重车上进行实际道路跑车试验,经近一年的跑车试验证明性能良好。2000年，赵洪斌等，选择了高温固化的环氧树脂;酸酐类树脂作为基本材料，分别采用了S纤维和E- 玻璃纤维两种增强材料，用纤维缠绕成型工艺制备了变宽变厚等截面复合材料板簧，研究表明，该单片复合材料板簧力学性能满足标准要求，疲劳性能突出，且质量比钢板弹簧减轻了61%。2007年，许长生等根据某汽车钢板弹簧相关参数和分析结果, 用有限元软件ANSYS 设计优化了一种玻璃纤维增强树脂基复合材料(E-玻纤和环氧树脂) 板弹簧来代替原钢板弹簧, 并对其动态特性及结构应力分布进行有限元分析, 结果证明该复合材料板弹簧应力更低, 固有频率更高, 不计吊耳时弹簧重量减轻了约75%。2011年，段汉波等通过比较分析，确定了最佳复合材料板簧结构形式，即变截面“扁椭圆”弯月型，该形式的板簧具有结构简单、综合应力小、可靠性高等优点。2014年，牟正明等阐述了GFRP复合材料板簧的性能以及试验，通过试验证明了复合材料板簧疲劳寿命高于传统钢板弹簧，并分析其疲劳破坏特征与钢板弹簧的不同点。2015年，杨昂等基于集瑞某款轻量化牵引车的复合材料板簧(FRP)开发工作，分别从结构设计、性能计算、CAE分析、零部件试验和整车搭载试验等方面介绍了该车复合材料板簧的开发和验证过程。试验数据表明:同等刚度条件下，复合材料板簧的质量比传统钢板弹簧减轻60%以上，疲劳寿命提高2倍以上，达到了新产品开发的预期目标。2016年，陈德玲等通过有限元计算分析确定了复合材料板簧的各项参数，，采用层压工艺，在加热并加压下把多层原材料片材结合整体成型，经过17道工序，整体耗时5天，加工制备出复合材料板簧。所设计出的复合材料板簧重量9. 5 kg，原型钢板弹簧重量23. 91 kg，复合材料板簧相比钢板弹簧减重60%，实现了车辆轻量化的要求；通过在不同载荷工况下的应力和变形分析，对该复合材料板簧的性能进行判断，最终通过台架疲劳试验，在路试前对该复合材料板簧的可靠性进行了初步验证。2017年，王慧军等以某轻型货车用板簧为研究对象，以玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料代替弹簧钢减轻车辆板簧质量为目的，通过材料优化设计、结构优化设计，确定了复合材料设计方案，利用ANSYS仿真设计软件对复合材料板簧进行了力学性能分析，采用树脂传递模塑(RTM)制备工艺制备了玄武岩增强复合材料板簧。结果表明，优化后的玄武岩纤维增强复合材料板簧静态强度、动态疲劳寿命能够满足设计和使用要求，通过了静载和台架疲劳试验，且质量相对于弹簧钢板簧减重55%。2018年，李建林等针对某客车钢板弹簧进行轻量化设计，采用复合材料替代原有的钢板簧， 根据设计复合材料板弹簧结构，采用单向纤维预浸料及模压工艺，工艺参数为80℃预热30min 140℃固化温度20min 90℃后固化温90min，模压压力为10MPa，并通过机加工安装压板及两端吊耳，设计出板簧质量为10.59kg，比原钢板簧减轻70%，对单片式板弹簧进行刚度、疲劳及最终的装车路试，通过试验场道路耐久性(强化)试验，外观无明显异，且刚度未下降，表明单片式复合材料纵置板弹簧可运用在汽车轻量化应用中。同年，蔡烨梦等采用玻璃纤维增强环氧树脂预浸料，通过模压法制备复合材料板簧，研究了原材料的选择和固化成型温度、时间、压力对板簧力学性能和外观质量的影响。结果表明:与C40K无碱单向玻璃纤维/环氧树脂预浸料相比，采用ACTECH1201无碱单向玻璃纤维/环氧树脂预浸料制备的板簧具有更高的拉伸强度和层间剪切强度，分别为1 440.0MlPa和75.8MlPa，分别提高了51.4%和4.8%，同时，板簧成型的固化时间由300min缩短至200min，大大缩短了生产周期;对于厚度为35.2mm的板簧典型件，在模压成型温度为130℃、保温时间为30min、压力为2MPa的条件下，压制的板簧外观质量最好，满足使用要求。

2011年，B.B.Deshmukh等介绍了复合钢板弹簧在汽车上的适用性及其优点，并设计、分析和制造单层复合材料板簧，设计约束是应力和挠度，选用玻璃钢(GFRP)，采用环氧树脂可更经济地降低复合钢板弹簧的总成本，其力学和几何性能与复合钢板弹簧相近。采用手工堆叠工艺制作复合钢板弹簧，并进行了试验。利用UTM和有限元软件ANSYS对应力和挠度进行了试验验证，并通过分析和实验结果进行了验证。与钢弹簧相比，复合弹簧的应力要低得多，弹簧的重量要低近74%。2015年，Luay Muhammed等对复合材料板簧的制作提出了不同的补强方案，由于单纤维增强复合材料钢板弹簧具有强度重量比高的特点，可作为普通钢板弹簧的替代材料。复合材料和典型钢板弹簧的工作条件相同，在保持考虑结构的强度的同时，可以节省大约60%的重量。研究提出了不同材料的混合纤维增强塑料(HFRP)，讨论了纤维、基体和复合材料剪切模量对复合材料性能和响应的影响，并与解析解进行了对比验证两者之间有很好的收敛性。2016年，Thippesh L制备了一种与多片钢板弹簧具有相似力学和几何性能的单向玻璃钢单片复合钢板弹簧，并对其静强度进行了测试，获得了一个具有最小重量的弹簧，能够承受外力而不发生破坏，与钢弹簧相比，复合弹簧的应力较低，固有频率较高，弹簧重量大大降低。2017年，Chen Qian等提出了抛物型复合材料板簧的疲劳规律推断，并通过疲劳台架试验进行了验证。在层合板方案设计方法和夹层单元概念的基础上，提出了非连续层段和堆叠顺序。利用遗传算法对堆叠序列进行优化。基于优化的铺层方案，对复合钢板弹簧试样进行了疲劳台架试验。结果表明，采用所提出的铺层方案设计方法可以提高复合钢板弹簧的疲劳寿命。2018年，Ernst-Siebert等报道SGL为Volvo和Daimler生产了大量玻璃纤维复合材料板簧，专门开发的组件设计和全自动化生产线对于大规模生产具有决定性意义，未来产量将增加到每年500,000片板簧。SGL采用树脂传递模塑（RTM）或热压制造，基于玻璃纤维增强塑料（GFRP）的前轴板簧与钢板弹簧相比重量从15公斤减少到6公斤，减少了近65％。2019年，Ehab Samir等利用ANSYS v16有限元分析软件，对常规钢板弹簧在最大载荷作用下进行了分析。有限元分析结果显示了钢板弹簧的受力和挠度，并利用钢板弹簧的受力和挠度，采用有限元法设计了碳纤维与环氧树脂碳纤维复合材料钢板弹簧。目的是获得重量较小、刚度相同的碳纤维复合材料钢板弹簧的安全设计。在本研究中，安全设计意味着CFRP复合材料叶片弹簧具有高应力安全系数和高固有频率。采用有限元法对钢板弹簧和复合材料钢板弹簧进行了静力、模态和谐波分析。结果表明，CFRP复合材料叶片弹簧具有较高的应力安全系数和固有频率，能够抵抗破坏和共振。

多年来，复合材料板簧的研究也取得了很多专利。2017年，王钧等公开了一种高耐疲劳复合材料汽车板簧及其制作方法。该高耐疲劳复合材料汽车板簧包括叠层铺放的至少一层单向纤维层以及套设于单向纤维外表层的至少一层二维编织套管，并制成纤维预成型体，将其放入成型模具中，采用成型工艺浸渍、固化、脱模、修剪，即得到复合材料板簧。二维编织套管中纤维连续、角度可控且附型性好，制作的复合材料板簧疲劳性能好且层间剪切优异，有效克服了传统单向铺放纤维板簧环向没有纤维约束、耐疲劳性差、三维编织预成型体工艺复杂的问题。同年，黄昌文等公开了一种适用于轻型客车、轻型卡车等汽车的变刚度复合材料板簧及其制作工艺，副簧片采用玻璃纤维树脂基复合材料，重量比传统钢板弹簧减轻50%以上。2015年，朱波等公开了一种层间加强二维/三维编织复合材料汽车板簧及其制备方法，通过三维立体编织形成不同纤维材质的单层织物，可以对刚度或强度要求较高的特定部位设计特定的纤维材质和三维编织结构的单层，通过层间的纵向缝合将叠层后的单层结构形成整体，最后配合树脂真空传递模塑将二维/三维组合结构织物与树脂重复浸渍复合，通过梯度升温固化制备出了高强度、高刚度、形变量小、抗疲劳强度大、寿命长、高低温环境适应性强的新型复合材料汽车板簧。同年，朱波等公开了一种缠绕强化复合材料汽车板簧及其制备方法，其基本结构形式为二维织物叠层形式与螺旋缠绕结构相结合，有效避免了传统单一叠层结构复合材料板簧的疲劳载荷强度较低而出现的层间薄弱问题。2006年，Fane de salis等发明了一种复合板簧，包括由嵌在固化树脂中的纤维增强物组成的纤维增强体，纤维增强物由具有沿叶弹簧长度方向纵向延伸的股的网层构成，并在长度横向延伸方向上有多个横向元件。2015年，Drabon等发明了一种用于机动车车轴的板簧装置，包括一种由纤维复合材料制成板簧。同年，Voigt Matthias等发明了一种以纤维复合材料为原料生产复合材料板簧的方法，该纤维复合材料是将多层纤维浸渍或浸渍合成树脂，以形成尚未硬化的未加工叶片，未完成的板簧设置在压缩模中，在预定的压力和温度曲线的影响下随着时间的推移而硬化，得到一个完成的板簧。为了降低生产成本，根据该发明，在压缩模具中，将多个未完成的板簧垂直地排列在另一个的上方，并将未完成的板簧同时在压缩模具中硬化，从而得到板簧。2017年，Voigt Matthias等发明了一种用纤维复合材料制造板簧的方法，将用于制造半成品板簧的预浸基体树脂的纤维材料制成的胶带材料在张力下缠绕在卷绕芯上，其中卷绕芯上配置至少两个成型腔，胶带材料通过接触压力的方式被压上去的，纤维材料的相邻层就被粘连在一起，空气袋就被移除。在压力和热的冲击下，基体树脂固化后的半成品板最终加工成成品板簧。2018年，KRAHN Stefan等发明了一种用纤维增强复合材料生产板簧的方法，该板簧由多个纤维层制成，其两端纵向上至少有一个加厚部分，增厚部分是由一个单元预制件构成，该预制件为拱形结构,然后预制件设计上覆盖层和下的覆盖层之间。

4、研究现状分析